既有公共建筑功能与结构改造思路和要点分析——以重庆市部分已完成项目为例

董露，熊然

（1 中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司，重庆 400016； 2 重庆恒昇大业建筑设计有限公司，重庆 401120）

0 引言

随着城镇化、工业化的快速发展，城市中普遍面临基础设施不足、公共服务滞后的问题，并且存在土地用途、建筑功能、建筑能耗等明显不符合社会发展需要，进而影响到城市规划和产业升级的成片旧工业区。 同时，也存在建成区中对城市整体格局影响不大，但现状用地功能与周边发展存在矛盾、用地效率低、人居环境差的地块。 对这些区域既有建筑进行改造，不仅能够更好地提升建筑的使用功能， 而且还能减少工程建设造成的能源浪费，使城市的整体建设规划更加合理。 本文以重庆市已完成的既有公共建筑改造工程案例为依据，着重从建筑功能、结构改造技术两个方面对既有公共建筑改造要点进行了分析。

1 建筑功能改造分析

以可持续理念为衡量和指导改造策略的准则， 能够使环境、经济、社会三方面共赢[1]。 这要求建筑师在改造设计中，应以延续建筑生命的思想来分类对待改造的既有建筑，以一种全面的时空观，根据不同既有建筑的类型和所处环境，选择最适宜的改造手法，从而最有效地进行改造实施。 面对越来越多亟需改造的既有建筑，要贴合当前城市发展的实际需求，明确改造目标，做好改造前的策划。 下文列举三个已完成的改造项目，分析在既有公共建筑改造中，建筑功能改造的关注要点。

1.1 荣昌区荣隆镇、铜鼓镇、河包镇等中心小学楼——改造为幼儿园

随着近几年城镇化的快速推进， 部分偏远乡镇生源逐渐减少，导致部分教学楼闲置。 鉴于此，重庆市荣昌区教委整合教育建筑资源，将部分闲置教学楼拟改造为幼儿园。 同为教学楼，使用功能未改变，且原有教学楼改造为幼儿园，空间足够。 改造后，不仅合理利用了有限的教育建筑资源， 同时也避免了额外的土地使用。 荣昌区教学楼改造情况详见表1。 从表1 可以看出，既有公共建筑功能改造后，三所小学建筑的有效使用率均得到提升，不仅重新投入使用，并且有效使用率均达到90%以上，实现了变废为宝、资源节约。

表1 荣昌区教学楼改造情况表

1.2 魁星楼——改造为医院门诊大楼

重庆医科大学附属第二医院位于重庆市渝中区解放碑临江门区域，始建于1892 年。 重庆直辖以来，渝中区人口呈直线型增长，解放碑区域尤为突出，患病就医人员越来越多，原有的重庆医科大学附属第二医院医用空间已远远不能满足病患需求，而周边也没有多余的土地资源可用于医院办公楼建设。 魁星楼作为毗邻医院的一栋9 层闲置商业办公楼，用作医院临时周转用的门诊大楼再合适不过。 魁星楼改造情况详见表2。

表2 魁星楼改造情况表

1.3 重庆东原金山广场——改造为城市运动文娱综合体

重庆东原金山广场为一个大型的地面广场与地下商业为一体的商业综合体（图1）。该项目位于重庆市渝北区金山片区，总建筑面积约37493m2。由于商家经营管理问题，建筑实际使用率不足20%，且仅作为室内停车场使用，建筑利用价值低，其余区域长期处于闲置状态。 从项目的地理位置而言，其交通便利，人流来源稳定，地面广场植被茂盛，具有与下沉式广场相结合的优势。 从建筑自身利用价值而言，可通过增设鲜明的引导性路口，将广场改造为具有地标性的城市运动文娱综合体，集地面运动广场、地下文娱商业为一体，发挥该建筑的最大价值，实现土地资源的再利用。

图1 东原金山广场现状图

2 结构加固技术介绍

2.1 结构加固原则

既有建筑改造，大多伴随着结构加固的情况。 无论社会公用建筑还是民用建筑，都需前期充分论证改造后的建筑使用价值及其改造成本。

（1） 在结构安全方面，需保证加固后的结构主体安全性满足现行国家规范要求，宜避免破坏原有受力体系或将其改造为不利受力体系。

（2） 在加固方式选取方面，若具备条件可组织前期加固方案专家论证咨询会，对加固方案进行反复论证，紧密结合项目特殊性质，选择针对性措施以保证结构的安全度，以较小的加固工作量来达到改造的目的，避免对原有构件进行大规模加固。

（3） 在加固构件选取方面，由于是既有建筑，在原有重要隐蔽构件完好的情况下，宜选择较易实施且加固后满足要求的构件进行加固。

2.2 结构加固设计理念

在既有建筑的结构加固实践中， 通常会保留原有结构体系，通过加固结构构件的方式来提高构件的承载能力，以求达到提高结构整体的抗震能力。 但实际大多改造项目中，盲目对原有承载不足的构件进行加固，容易顾此失彼，导致部分区域形成弱柱强梁、弱构件强节点等违背抗震设计原则的情况发生。 加固后的结构构件刚度变化，抗侧竖向刚度和平面刚度不协调、不均匀等[2]，导致薄弱层转移，整体结构加固量增大。

（1） 加固思路方面。 在结构的改造加固实践中，应先从结构整体出发，再对局部构件进行加固。 加固思路的选取与结构抗震性能构件的选取思路一致，影响结构整体性能的关键构件（竖向抗侧构件）应优先重视，一般构件和耗能构件作为次要考虑，从而达到在保留原有结构主体的情况下，控制结构整体的加固范围和工作量的目的。

（2） 结构抗震方面。 在结构改造加固实践工作中，地震作用对原有结构影响较大，宜优先从减少地震对结构带来的不利作用出发选取可行方案。 既有建筑中，大多主体结构原设计和施工验收等执行的均是老规范，原有主体结构抗震措施均不满足现行规范要求，在此情况下，从结构整体抗震出发，通过减震等手段即可达到提高主体结构安全度的目标，从而以较小的加固工作量实现整体结构的加固，从项目实践可知，可采取增设隔震层或耗能阻尼器（加大结构阻尼）等方法[3-4]。 对于特殊结构，也可通过增设局部墙肢等方式，改变原有主体结构体系，降低其抗震等级，以实现抗震目标。

（3） 合理选择性能目标进行抗震性能化分析。 综合考虑承载力和变形能力，建筑的抗震性能化设计具有很强的针对性和灵活性。 根据具体工程的需要，可以对整个结构，也可以对某些部位或关键构件，灵活运用各种措施达到预期的性能目标。 我国《建筑抗震设计规范》中讲到“小震不坏、中震可修和大震不倒”的设防目标[5]，明确要求大震下不发生危及生命的严重破坏即达到“生命安全”，就是属于一般情况的性能设计目标。

实际改造项目中，改造建筑存在平面或竖向不规则或新老规范更替出现的结构超限，或者基本抗震构造不足等情况，结构加固难度大，且加固工作范围广。 鉴于此，可根据具体项目情况，对结构关键构件和耗能构件、次要构件提出符合实际情况的性能目标要求，提高结构或关键部位的抗震安全性，以此达到整体结构加固的目的。

2.3 案例分析

2.3.1 魁星楼改造工程——取消抗震缝，改变结构体系+增设钢支撑

魁星楼结构由中间两条变形缝将房屋分为三个独立的结构单元。中间结构单元为框架结构，边部两个结构单元为框架-剪力墙结构（图2），结构共十层，高度均为43.4m。 由于原结构为商业，改造为医院后，抗震设防类别由原来的丙类提高至乙类，各个结构单元的抗震等级均提高一级。 对于中间框架结构单元而言，由原来的抗震等级三级提高至二级， 结构抗震构造均不满足要求，结构加固工作量大。 该项目采取取消中间变形缝，即将三个结构单元整合为一个结构单元的方式，在中间框架结构部位合适位置增设钢支撑，以平衡平面的刚度分布。 整合后的整体结构体系为框架-剪力墙结构，大大减少了该项目的加固范围。

图2 魁星楼平面结构布置图

2.3.2 万州医药产业园医用办公楼——增设隔震层

万州医药产业园位于重庆市万州区，共计22 栋楼，原设计功能为库房。 应业主要求，拟将少数楼栋改造为医院，抗震等级提高一度。 考虑该项目为按照现行规范设计的建筑，且刚竣工，施工及验收均满足现行规范要求， 故结构加固方式为在基顶增设隔震层，以此来消耗地震力，达到减震的效果。 该项目加固工作仅为底部增设隔震支座，上部结构均保持不变，加固工作简洁，加固范围小，加固成本和工作量相对较小，实现了在“地基上花小钱，主体上省大钱”的效果（表3）。

表3 加固范围对比表

2.3.3 重庆东原金山广场——合理利用性能化分析

重庆东原金山广场主体为三层的框架结构，该建筑原设计时间距今约15 年， 由于规范的变更， 结构抗震构造要求等相应提高，柱子构造配筋均不满足现行规范要求，结构加固范围广。 鉴于此，在加固计算方式上，结合项目实际情况，选择符合项目自身的抗震性能目标，对中柱进行针对性的抗震性能化分析[6]。 分析结果显示，大部分构造不足的中柱满足性能目标，可不进行加固处理，减少了加固量和加固周期。 加固构件范围对比详见（表4）。

表4 加固构件对比表

3 结语

随着城镇化不断推进，城市建筑不断向城市外围扩展，既有公共建筑的改造需求不断增大。 本文以重庆地区已完成的实际项目为案例，讨论了既有公共建筑改造中建筑功能、结构加固的改造思路和要点。 通过对结构加固技术在实际案例中的应用的介绍，进一步说明加固改造技术可满足既有建筑改变使用功能的安全性，且成本较低，可实现资源节约。 总之，既有公共建筑改造意义重大，对合理规划城市整体布局、打造城市幸福生活具有重要作用。